ISBN 978-3-8439-1622-6

978-3-8439-1622-6, Reihe Fahrzeugtechnik

Steffen Stauder
Modellbasierte Regler- und Funktionsentwicklung einer hydraulischen Rückfallebene für Steer-by-Wire Fahrzeuge

235 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen der stetigen Weiterentwicklung von Fahrerassistenz- und Fahrwerkregelfunktionen gewinnen aktive Lenksysteme zunehmend an Bedeutung. Steer-by-Wire Lenksysteme bieten in dieser Hinsicht ein großes Potential bezüglich der Realisierung neuer Funktionalitäten. Durch die hohen Sicherheitsanforderungen kommt der Entwicklung eines umfassenden und zuverlässigen Sicherheitskonzepts eine zentrale Rolle zu.

Im Fokus der vorliegenden Arbeit steht die Realisierung eines Ansteuerungskonzepts für eine ausfallsichere hydraulische Rückfallebene eines Steer-by-Wire Lenksystems. Ziel ist es, ein Regel- und Ansteuerungskonzept für die hydraulische Rückfallebene zu entwickeln, welches im Degradationsmodus ein zu einer elektromechanischen Lenkung vergleichbares Lenk- und Fahrverhalten aufweist. Dabei werden zunächst verschiedene vielversprechende ausfallsichere Sicherheitsarchitekturen systematisch analysiert. Anschließend wird ein detailliertes nichtlineares Berechnungsmodell des Steer-by-Wire Lenksystems mit hydraulischer Rückfallebene hergeleitet. Dieses umfasst die mechanischen und hydraulischen Komponenten, das Fluidverhalten sowie die Aktuatorik und Sensorik des Systems. Die Validierung des Berechnungsmodells erfolgt mit Hilfe von Prüfstandmessungen des Lenksystem-Prototypen. Als Regelungskonzept zur Handmomentenregelung wird ein Zustandsregler eingesetzt, welcher auf die spezifische Problemstellung adaptiert wird. Um den Einfluss der sich variierenden Reibung im Lenksystem zu minimieren wird außerdem ein Reibkraftbeobachter mit Hilfe eines lyapunovbasierten Ansatzes entworfen, der die Reibung kompensiert. Die Robustheit des geregelten Systems wird unter Verwendung des validierten nichtlinearen Berechnungsmodells mit Hilfe von Variationsrechnungen untersucht.

Abschließend wird das Lenksystem, der Führungsgrößengenerator und der entworfene Ansteueralgorithmus an einem neuartigen HiL-Lenkungsprüfstand gesamthaft getestet. Als Bewertungsgrundlage für das zu analysierende Lenk- und Fahrverhalten dienen dabei verschiedene von Experten vorgeschlagene Open-Loop Fahrmanöver. Die aus den Manövern gewonnenen Rückschlüsse auf das zu erwartende Lenk- und Fahrverhalten im analysierten Bereich zeigen, dass sich ein vergleichbares Verhalten wie mit einer elektromechanischen Serienlenkung erzielen lässt.